Progetto e sviluppo automatizzato di fixture di collaudo di schede elettroniche = Automated design and development of electronic boards test fixture

L'industria elettronica si sta espandendo in ogni settore, portando alla riprogettazione in prospettiva elettronica di molti componenti, il cui elemento cardine è proprio la scheda elettronica. Poiché tali dispositivi trovano applicazione in ambiti altamente regolamentati, è fondamentale verificare il funzionamento di ogni scheda in tutte le sue parti. Esse vengono assemblate in serie su linee di produzione, quindi sarebbe impraticabile testarle manualmente; pertanto, sono state introdotte macchine automatizzate, poste in coda alle linee, che verificano le schede appena prodotte, per identificare il prima possibile eventuali difetti. Queste macchine, dette “a letto d’aghi”, si interfacciano con le schede in test tramite apparecchiature che prendono il nome di “fixtures”. Esse possiedono una serie di terminazioni che contattano la scheda nei suoi punti di test e trasmettono i segnali alla macchina, attraverso dei cablaggi. Tuttavia, tali cablaggi possono essere estremamente numerosi, comportando tempi di assemblaggio considerevoli. La finalità di questa tesi è stata dunque sviluppare un circuito stampato capace di interfacciarsi contemporaneamente con la scheda in test e con la macchina di prova, sostituendo i cablaggi. Un obiettivo dell’attività era anche automatizzare la progettazione e la realizzazione dello stampato, partendo dai test point della scheda, estratti dai file Gerber e processati tramite scripting. Questa soluzione rappresenterebbe un'innovazione nell'automazione industriale, eliminando la manodopera per il cablaggio e riducendo il tempo di realizzazione delle fixture di diverse settimane, con vantaggi significativi sia per l’azienda produttrice sia per i clienti. Dopo aver vagliato diverse alternative, si è osservato che il miglior risultato era ottenibile sfruttando la tecnologia press-fit, per collegare scheda in test e circuito stampato di interfaccia. Elaborata una soluzione meccanica per il nuovo interfacciamento tra le parti, si è deciso, in accordo con l’azienda, di provare a realizzare questa fixture basata su circuito stampato, con tecnologia press-fit. I risultati ottenuti sono stati positivi: tale tecnologia si è dimostrata efficace nell'interconnessione tra scheda di interfaccia e aghi. Essendo la prima fixture realizzata con questa metodologia, si voleva collaudare principalmente la tecnologia e dunque si è deciso di applicarla a una scheda con un numero di punti di test contenuto. Di conseguenza, in questa fase, non sono stati osservati vantaggi economici significativi, poiché i costi legati alla produzione del circuito stampato e all’attività di cablaggio sostituita sono risultati comparabili. È però ovvio pensare che, applicando tale soluzione a schede con più test point, il beneficio economico risulterebbe considerevole. È stata invece evidente la rapidità dell’attività di generazione della scheda, che ha richiesto meno di un’ora per la sua completa realizzazione e, utilizzando servizi di prototipazione rapida, avrebbe potuto essere prodotta e consegnata in 24 ore. Questo approccio permette di sovrapporre i tempi di produzione e consegna della scheda con le fasi finali del progetto meccanico della fixture, riducendo il tempo totale che il prodotto trascorre in azienda. In definitiva, questo elaborato non pretende di offrire la soluzione definitiva per l’eliminazione del cablaggio, ma propone una valida alternativa ad esso applicabile in specifiche condizioni. Inoltre, pone le basi per sviluppi futuri che puntano a una crescente automazione del processo.